华为技术牛！解决固态硬盘致命弱点：延长30~50%的SSD寿命

快科技6月29日消息，如今的SSD容量越做越大，企业级SSD容量已达30TB、60TB的、甚至120TB。但SSD寿命一直是“致命伤”，越大容量的盘，出现故障后，丢失的数据就越多。近日， 华为数据存储发文，揭开华为全闪分布式存储让SSD大盘更“长寿”的秘诀。

首先，为什么SSD会有寿命问题？

SSD闪存实际是由半导体元件、NAND Flash颗粒组成。通过对盘上颗粒不断的擦和写，来完成对数据的增、删、改、查。

这个过程中，颗粒捕获电子的能力会逐渐减弱，当减弱到一定程度后、也就是超过颗粒最大擦写次数，便可能出现“电子逃逸”现象，也就是硬盘写穿、数据错误、寿命耗尽。

盘上全部颗粒可支持的总擦写次数和使用期间用户写入的数据量。只要后者小于前者，那么就能保证寿命无忧！

因此，下面这个公式就能一目了然：

所以，想延长SSD寿命，就要减少“写放大”。

为了降低分母，就要减少罪魁祸首——“写放大”。写放大的意思是，比如，在写入16KB的业务数据时，呈现到盘上却变成写入64KB物理数据量，被放大了，消耗了数倍的擦写次数，加速颗粒老化。“写放大”的源头来自于以下三点：

后台垃圾回收

SSD是无法覆盖写的，要想修改数据必须擦除颗粒、重新写入，Block就是擦除的最小单元。当少量数据修改时， SSD就会将原Block上的全部有效数据读取后，写入新的Block位置，再擦除原Block。

这个过程，就像整理房间一样，要先把老房间的东西全部搬出来，再放到新房间里重新布置。换句话说，少量的数据更新，会引发更大面积颗粒的擦写。

小I/O补齐

SSD可读写的最小单元是Page（一般是512个byte）。在用户层面写入数据时，当用户写入的I/O大小不足一个Page容量，为了能管理它，就需要额外寻找另一份数据，来和原数据拼凑成一整个Page的大小，再写入到颗粒中。“这个不够、别的来凑”，这用来凑齐的无效数据，就会造成写放大。

元数据变化

在SSD上，元数据是描述数据的索引，一般紧密地存放在一些Block区域。当用户在频繁修改数据时，对应的每份元数据也必须跟着被修改、重定向，造成多次读写、擦写，牵一发而动全身。

华为OceanStor Pacific分布式存储采用了一个创新的机制——小I/O聚合，将小I/O在写盘前聚合在保电内存中，只有达到一定粒度后才会写入SSD，消除了小I/O补齐导致的写放大。

这对元数据变化也非常友好。聚合后的小I/O更容易被集中修改，极大减少元数据被频繁擦写的概率。

同时，华为还采用了业界独创的多流技术，即智能识别数据的冷热程度并优化数据布局，减少不必要的重复擦写和数据搬移。

除了分母，也要增大分子。华为是采用额外的编码纠错技术，在达到颗粒的标称擦写次数后，对数据持续校验或修正，彻底避免数据错误、业务出错，变相地增大了颗粒的总擦写次数。

华为开发了一套更加强大的组合拳——LDPC（Low Density Parity Check）算法与SmartFSP 3.0算法，一方面对Flash介质进行监测，寻找更精确的读取电位，另一方面保证高性能的校验纠错性能，提供更加精准的盘内冗余纠错精度。

一个纠得正，一个查得准，二者配合，华为就将SSD数据的误码率从10-17降低至10-18，整整降低一个数量级，延长30~50%的SSD寿命。